刘卬此时已无斗志，拒绝了儿子的建议，选择向中央军请罪。汉将韩颓当（韩王信之子，当时归附汉朝）在军营中接见了胶西王，当面斥责他阴谋叛乱、危害天下的罪行，并宣读了汉景帝的诏书，历数其罪状。胶西王刘卬深知罪责难逃，最终自杀而死。随后，胶东王刘雄渠、淄川王刘贤、济南王刘辟光也相继被中央军抓获，伏法被诛，齐地的叛乱彻底平定。
在赵地战场，汉将郦寄率领大军进攻赵国，赵王刘遂坚守都城邯郸（今河北邯郸），凭借邯郸城高池深的优势，顽强抵抗中央军的进攻。郦寄率军多次攻城，均因邯郸城防坚固而未能攻破，双方陷入了长期的僵持。赵王刘遂原本与匈奴约定，待叛军进展顺利时，匈奴便出兵相助，共同夹击中央军。但随着吴楚联军溃败、齐地叛军被平定的消息传来，匈奴单于意识到叛军已无取胜可能，为避免得罪西汉中央，便撕毁约定，拒绝出兵支援赵国。栾布平定齐地诸国后，奉命率领大军北上，与郦寄的军队会师，共同攻打邯郸。两支中央军会合后，兵力大增，栾布提出“水淹邯郸”的计策——他下令士兵挖掘河道，将附近的河水引入邯郸城，导致邯郸城内积水成灾，城墙多处被水浸泡后坍塌。邯郸城破后，赵王刘遂见大势已去，自杀身亡，赵国的叛乱也宣告平定。
在此次七国之乱中，济北王刘志因被国中郎中令劫持，未能按照约定发兵参与叛乱，始终保持中立。汉景帝考虑到刘志并非主动谋反，且没有实际参与叛乱行动，便赦免了他的死罪，将其徙居至菑川（今山东寿光东南），改封为菑川王，保全了他的性命与爵位。
齐王刘将闾虽在叛乱期间坚守临淄，为朝廷守城有功，但经查实，他在叛乱爆发前曾与胶西王等叛军诸王有过联络，甚至参与过七国之乱的策划，试图在叛乱成功后夺取帝位；即便在被叛军围困期间，他也与胶西王暗中通谋，态度摇摆不定。汉景帝认为齐王刘将闾“首鼠两端”，虽有守城之功，但罪不可赦，最终拒绝赦免他。齐王刘将闾在绝望之下，被迫自杀身亡。
至此，历时三个月（从汉景帝三年，即前154年正月开始，到三月结束）的吴楚七国之乱，以西汉中央政权的绝对胜利宣告结束。在这场叛乱中，参与谋反的七位诸侯王全部死亡，无一善终。西汉中央对参与叛乱的诸侯国进行了彻底清算：除楚国因在叛乱中损失较小，且刘氏宗室中仍有合适继承人，被允许另立新王（立楚元王刘交之孙刘礼为楚王）外，吴国、赵国、胶西国、胶东国、淄川国、济南国等六个诸侯国均被废除，其封地收归中央直
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